JP6198185B2 - カム駆動アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、従動軸に、所定のカム溝が形成されたカム部を設け、フロントケーシングの内周面側に突設された係合片をカム溝に係合させて、従動軸を、カム溝に沿って進退移動可能に従動するよう構成してなるカム駆動アクチュエータに関する。

従来、機械カム手段には、主軸（モータ出力軸）を備えるモータ駆動手段と、カム部及び従動軸（従節）を備えるカム手段とから構成され、カム部を、回転運動を直線運動に変える一つの手段として、１回転中における所望の動作カーブ（変位曲線）に対応したカム面を形成し、このカム部を従動軸に設け、ケーシング内に突設されたカム面に係合する係合片を介して、従動軸を回転させることで進退移動変位に変換してカム駆動させるもの（特許文献１）や、カム面の周上に、カム面に係合する係合片を有する従動軸を配設し、カム部を回転させることで従動軸の進退移動変位に変換してカム駆動させるものが知られている（特許文献２参照）。
したがって、これらのものは、それぞれ主軸と切り離されて単体で可動する従動軸に対する軸受構造を採用する必要がある。

すなわち、特許文献１のものでは、回転軸（１２）に被嵌連結された筒カム（１７）の外周に配設されて、回転軸（１３）に固定された回転ブラケット（１６）と固定ブラケット（１４）の一側に、それぞれ固着された駆動側と固定側のカムフォロア（１８，１９）をそれぞれカム溝（２１、２２）に係合し、回転軸（１３）と円筒カム（１７）との間のカム溝（２１、２２）間の一カ所に設けられた軸受（２０）によって軸受し、筒カム（１７）自体を、従動軸に兼用した構成となっているため、カム溝（２１、２２）の形成領域で軸受することができず、カム形状や従動範囲が短尺に規制されて、単純なカム形状による短いストロークのカム駆動しか行えないばかりか、その構造上、サイドロードによる負荷を回避して、任意のワーク体に連動連結される一般の細軸のモータ出力軸に採用することが実質的にできないという問題点を有している。

一方、特許文献２のものは、上述の問題点を解消すべく、細軸の従動軸（６）を、先端側の軸受部（２２２）と、基端側の軸受部（８ａ、８１ｂ）とにより２点間で軸受する構成として、従動軸（６）が軸受部（２２２）から外部へ出没する、所謂ワーク体に連動連結されるモータ出力軸として機能できるようにしたものとなっている。
しかしながら、このものは、カム体（５）の回転運動を従動軸（６）に伝達しすることで従動軸（６）を直線運動に変換する、所謂２系統によりカム駆動する構成となっているため、基端側の軸受部（８ａ、８１ｂ）は、カム体（５）の回転と従動軸（６）の進退移動とを許容する軸受構成としなければならず、その配設構成に制約を受け、また、カム体（５）をモータ軸（６ａ）に直結するなどして構成されているため、カム体（５）とモータ軸（６ａ）とを連結する際に、軸芯ズレが生じ易く同軸度の確保が難しいばかりか、カム体（５）は、高速回転させるとブレを発生し易いという要因を有しており、この回転ブレは小型のものでは許容されるが大型のものでは許容することができない。

つまり、回転するカム面（５３）上を摺接する係合片（６１）との間に負荷荷重が加わるため、このものでは、カム部（５）の外周面を保持体（７２）により摺接支持することで回転ブレを抑止できるものであるが、従動軸（６）に大きな駆動力を必要とするワーク体を連動連結させた際には、カム部（５）の外周面を保持体（７２）により高精度に軸受させる必要が生じるなど、各部材の組付けや製作が難しくなり、当該構造を大型のカム装置にそのまま採用することへの困難性を有している。

特開２００１−３４９４０５号公報 特開２００９−１４４７４１号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、従動軸側に設けられたカム部のカム溝に、ケーシング内に突設された係合片を係合させて、従動軸を、カム溝に沿ってカム駆動するものでありながら、回転子は、従動軸に同期従動して移動ストローク域を回転しつつ進退移動するので、殊更、その両端側にストッパを配設する必要がなく一方向回転のみの連続往復駆動が行え、従動軸は、回転子の回転軸自体をフロントケーシング側に延出した一本の軸体として形成され、モータ駆動手段とカム手段との一体化を図ることができるようにすることで、本来回転軸を支持するためにフロントケーシング側に配設される軸受部材を、従動軸の軸受部材として兼用することが可能となり、エンドケーシング側に配設される回転軸の軸受部材との二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持する軸受構造とすることができ、従来の如く主軸と切り離された従動軸を二点間で支持する構造や、スプライン等を介して連結する構造を排除して、製作時における軸芯ズレ規制や同軸度の確保が容易に行え、部品点数の削減や各部材の組付け構成が簡素化されて製作の容易化と、構造の簡略化を図ると共に、従動軸の軸芯ブレや回転振動などの発生が回避された最適なカム駆動アクチュエータを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明が採用した技術手段は、ケーシング本体内に、励磁コイルが設けられたステータと、該ステータの内側に前記コイルの励磁によって回動可能に配設された回転子と、該回転子の中心に固定された回転軸とを備えたモータ駆動手段と、該モータ駆動手段の回動に連動して回転可能に設けられた従動軸に、所定のカム溝が形成されたカム部を設け、フロントケーシングの内周面側に突設された係合片を前記カム溝に係合させて、従動軸を、前記カム溝の起伏に沿って従動せしめて進退移動すべく構成されたカム手段とからなるカム駆動アクチュエータであって、前記従動軸は、前記回転子に固定された回転軸をフロントケーシング側に延出させたモータ駆動手段の出力軸部として機能すべく、回転軸と一体形成し、かつ、回転軸よりも太径に形成する一方、前記一体となった回転軸と従動軸とを、それぞれエンドケーシングとフロントケーシングの基端側に配設した軸受部材の二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持して軸受することで、従動軸の軸受部材を回転軸の軸受部材と兼用可能に構成すると共に、前記ステータを、前記回転子の幅よりも広幅に設定して、ケーシング本体内に回転子の移動ストローク域を設け、前記回転子を、該回転子の回動と一体して回転しつつ、前記カム溝の起伏に沿って進退移動する従動軸のカム駆動に同期従動して、前記移動ストローク域を前記カム溝の起伏に沿って回転しつつ進退移動が行われるよう構成せしめ、さらに、前記係合片は、前記カム溝が前記従動軸の軸受部材内に入り込まない位置となるフロントケーシングの前面部外周面に穿設せしめた取付け孔に対して、当該フロントケーシングをケーシング本体に組付けした後に挿入取着可能に構成されていることを特徴とするカム駆動アクチュエータ。

本発明におけるカム駆動アクチュエータは、従動軸側に設けられたカム部のカム溝に、フロントケーシング内に突設された係合片を係合させて、従動軸を、カム溝に沿ってカム駆動するものでありながら、回転子は、従動軸に同期従動して移動ストローク域を回転しつつ進退移動するので、殊更、その両端側にストッパを配設する必要がなく一方向回転のみの連続往復駆動が行え、従動軸は、回転子の回転軸自体をフロントケーシング側に延出した一本の軸体として形成され、モータ駆動手段とカム手段との一体化を図ることができ、本来フロントケーシング側に回転軸を支持するために配設される軸受部材を、従動軸の軸受部材として兼用することが可能となり、エンドケーシング側に配設される回転軸の軸受部材との二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持する軸受構造とすることができ、従来の如く主軸となる回転軸と切り離された従動軸を別途二点間で支持する構造や、スプライン等を介して連結する構造を不必要なものとし得る。
しかも、フロントケーシングは、ケーシング本体に対して、一般的なモータと同様の組み付け手段によって行え、組付け後に係合片を装着させるだけなので、製作時における軸芯ズレ規制や同軸度の確保が容易に行え、部品点数の削減や各部材の組付け構成が簡素化されて製作の容易化と、構造の簡略化を図ることができると共に、軸受構成などに影響を与えることなく、係合片側を用途に応じて別途単体で形成して取着することができ、従動軸に大きな推力を要するワーク体への連動連結や、従動軸を高速回転させるなどの大型化を伴う高精度の軸受構造を必要とするカム装置であっても、従動軸の軸芯ブレや回転振動などの発生が回避された最適なものとして提供することができる。
また、係合片は、カム溝が軸受部材内に入り込まない位置よりも先端側のフロントケーシング内に配設できるので、フロントケーシングの前面部が軸受部材などが配設されない自由域として利用でき、フロントケーシングの分割形成や、カム溝を前面から露出させて出没させたり、カム溝を長くしてスパイラル状に周回する長ストロークのカム面の形成も容易に行うことが可能となり、従動軸のカム部から延出する先端長さを短く設定できるだけでなく、カム部を出力軸の一部として利用でき、或いは、従動軸とのシーリング構造や係合片の密封取着なども容易に採用し得て、回転軸と従動軸を二重輪状に並設した軸受構造を必要としないため、ロングノーズ化した細筒形状に形成できるなど、フロントケーシング単体による製作の自由度を高めることができる。

カム駆動アクチュエータの縦断全体構成図である。 カム手段側となるカム駆動アクチュエータの前側面図である。 モータ駆動手段側となるカム駆動アクチュエータの後側面図である。

以下、本発明の実施の形態を、好適な実施の形態として例示するカム駆動アクチュエータを図面に基づいて詳細に説明する。
図１はカム駆動アクチュエータの縦断全体構成図、図２は前側面図、図３は後側面図である。これら図に示すように、１はカム駆動アクチュエータであって、該カム駆動アクチュエータ１は、ハイブリッド型ステッピングモータ、ＤＣブラシレスモータ等のモータ駆動手段１ａと、カム手段１ｂとにより一体的に構成される。

本実施例におけるモータ駆動手段１ａは、励磁コイル２２（捲線）を備える筒状胴部としてのステータ２（固定子）と、ステータ２の内周側に配設され、永久磁石３１を挟持し軸方向に磁化された回転子３とを備えたケーシング本体１１と、ケーシング本体１１の両側に配設されたエンドケーシング１１１、フロントケーシング１１２とからなり、回転子３は、その中心（軸芯）に円柱状の回転軸３２を備え、コイル２２の励磁によって回転駆動する、所謂、ハイブリッド型ステッピングモータにて構成される。
ケーシング本体１１内には、ステータ２を、回転子３の幅よりも広幅に設定して、後述する従動軸６のカム駆動に連動して回転子３が進退移動するための移動ストローク域Ｓが、カム起伏幅よりも広幅の領域をもって形成されている。

カム手段１ｂは、円柱状の従動軸６と、該従動軸６の外周面に所定環状のカム溝５３１が形成されたカム部５と、フロントケーシング１１２の内周面側にカム溝５３１に係合するよう突設された係合片６３とを備えて、フロントケーシング１１２内に収容される。
従動軸６は、回転子３に固定された回転軸３２をフロントケーシング１１２側に延出させたモータ駆動手段１ａの出力軸部として機能するように回転軸３２と一体に形成され、かつ、回転軸３２よりも太径に形成されている。この一体となった回転軸３２と従動軸６は、それぞれエンドケーシング１１１とフロントケーシング１１２に配設した軸受部材４ａ、４ｂ（ベアリング部材）の二点間で、回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持して軸受するようになっている。

この様に、従動軸６を、回転子３の回転軸３２自体をフロントケーシング１１２側に延出した一本の軸体として形成し、モータ駆動手段１ａとカム手段１ｂとの一体化を図ることで、本来フロントケーシング１１２側に回転軸３２を支持するために配設される軸受部材４ａを、従動軸６の軸受部材４ｂとして兼用した構成とすることができ、従来の如く回転軸３２（主軸）と切り離された従動軸６を別途二点間で支持する構造や、スプライン等を介して連結する構造を排除することができ、構造を簡略化することができる。また、フロントケーシング１１２は、ケーシング本体１１に対して、一般的なモータと同様の組み付け手段によって行え、組付け後に係合片６３を装着させるだけなので、製作作業の容易化を図ることができるだけでなく、軸受部材４ｂと係合片６３との領域間での分割化が可能となり、軸受構成などに影響を与えることなく、係合片６３側を用途に応じて別途単体で形成して取着することができる。

カム部５は、所定の間隔を存して対向離間する上カム面５３ａと下カム面５３ｂとのカム面５３をもって、係合片６３が周回できるよう所定の起伏形状を有する環状のカム溝５３１が従動軸６の外周面に直接的に刻設されている。なお、外周の長いカム溝５３１を形成したい場合には、太径のリング状カム筒部材を別途用意してＤ型形状の従動軸６に挿着するようにしても良い。
係合片６３は、先端にカム面５３上を転動するローラ６３ａを有する軸部（スタッド）よりなるカムフォロアとして形成され、従動軸６の軸受部材４ｂの近しい位置、即ち、カム溝５３１が軸受部材４ｂ内に入り込まない位置に配設されることが好適であり、フロントケーシング１１２の外周面に穿設された取付け孔（ネジ孔）に螺入され片持ち配置させて取着されている。なお、係合片６３を対向配置させても良いことは勿論である。

これにより、回転軸３２と一本の軸体として形成された従動軸６は、軸受部材４ａと４ｂの二点間で分担支持され、回転自在かつ軸方向移動自在に高精度に両端支持する軸受構造によって案内されながら、回転子３（回転軸３２）の回動と一体して回転しつつ、カム面５３の起伏形状に沿ってローラ６３ａが転動しながら係合する係合片６３を介して進退移動して従動し、回転子３は、従動する従動軸６のカム駆動に同期して移動ストローク域Ｓを回転しつつ進退移動することで、従動軸６がフロントケーシング１１２の前面より外部へ出没する、所謂ワーク体に連動連結されるモータ出力軸として機能するようになっている。つまり、従動軸６は、モータ駆動手段１ａの駆動制御により、カム起伏が上り勾配となる場合には下カム面５３ｂ上を、下り勾配となる場合には上カム面５３ａ上を、それぞれ係合片６３にガイドされながら周回し、これに同期従動して回転子３が移動ストローク域Ｓ内を一方向回転（正転又は逆転）に連続した進退移動をもって駆動し、従動軸６をモータ駆動手段１ａの出力軸としてカム駆動するようになっている。

叙述の如く構成された本発明の実施例の形態において、いま、従動軸６に設けられたカム部５のカム溝５３１に、フロントケーシング１１２の内周面側に突設された係合片６３を係合させて、従動軸６を、カム溝５３１に沿ってカム駆動させるのであるが、本発明におけるカム駆動アクチュエータ１は、従動軸６を、回転子３に固定された回転軸３２がフロントケーシング１１２側に延出されたモータ駆動手段１ａの出力軸部として機能するように、回転軸３２と一体形成し、かつ、回転軸３２よりも太径に形成され、この一体となった回転軸３２と従動軸６とを、それぞれエンドケーシング１１１とフロントケーシング１１２の基端側に配設した軸受部材４ａ、４ｂの二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持して軸受することで、従動軸６の軸受部材４ｂを回転軸３２の軸受部材４ａと兼用可能に構成すると共に、ステータ２を、回転子３の幅よりも広幅に設定して、ケーシング本体１１内に回転子３の移動ストローク域Ｓを形成することで、回転子３を、該回転子３の回動と一体して回転しつつ進退移動する従動軸６のカム駆動に同期従動して、移動ストローク域Ｓをカム溝５３１の起伏に沿って回転しつつ進退移動が行われるよう構成せしめ、さらに、係合片６３は、カム溝５３１が従動軸６の軸受部材４ｂ内に入り込まない位置となるフロントケーシング１１２の前面部外周面に穿設せしめた取付け孔に対して、当該フロントケーシング１１２をケーシング本体１１に組付けした後に挿入取着可能に構成にされている。

この様に構成すると、従動軸６側に設けられたカム部５のカム溝５３１に、フロントケーシング１１２内に突設された係合片６３を係合させて、従動軸６を、カム溝５３１に沿ってカム駆動するものでありながら、回転子３は、従動軸６に同期従動して移動ストローク域Ｓを回転しつつ進退移動するので、殊更、その両端側にストッパを配設する必要がなく一方向回転（正転又は逆転）のみの連続往復駆動が行え、従動軸６が、回転子３の回転軸３２自体をフロントケーシング１１２側に延出した一本の軸体として形成され、モータ駆動手段１ａとカム手段１ｂとの一体化を図ることができ、本来回転軸３２を支持するためにフロントケーシング１１２側に配設される軸受部材４ａを、従動軸６の軸受部材４ｂとして兼用することが可能となり、エンドケーシング１１１側に配設される回転軸３２の軸受部材４ａとの二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持する軸受構造とすることができ、従来の如く主軸となる回転軸３２と切り離された従動軸６を別途二点間で支持する構造や、スプライン等を介して連結する構造を不必要なものとし得る。
しかも、フロントケーシング１１２は、ケーシング本体１１に対して、一般的なモータと同様の組み付け手段によって行え、組付け後に係合片６３を装着させるだけなので、製作時における軸芯ズレ規制や同軸度の確保が容易に行え、部品点数の削減や各部材の組付け構成が簡素化されて製作の容易化と、構造の簡略化を図ることができると共に、軸受構成などに影響を与えることなく、係合片６３側を用途に応じて別途単体で形成して取着することができ、従動軸６に大きな推力を要するワーク体への連動連結や、従動軸６を高速回転させるなどの大型化を伴う高精度の軸受構造を必要とするカム装置であっても、従動軸６の軸芯ブレや回転振動などの発生が回避された最適なものとして提供することができる。

また、従動軸６の軸受部材４ｂを、カム部５よりも回転子３側となるフロントケーシング１１２の基端側に設け、係合片６３を、軸受部材４ｂと近しいカム溝５３１が入り込まない位置のフロントケーシング１１２周面に配設可能に構成したので、フロントケーシング１１２を軸受部材４ｂと係合片６３との領域間で分割形成することができるばかりか、フロントケーシング１１２の前面部が軸受部材などが配設されない自由域として利用でき、太径のリング状カム筒部材を容易に別途挿着することや、カム溝５３１を前面部から露出させて出没させることも可能となり、従動軸６のカム部５から延出する先端長さを短く設定できるだけでなく、カム部５を出力軸の一部として利用したり、カム溝５３１を長くしてスパイラル状に周回する長ストロークのカム面５３の形成も容易に行え、或いは、従動軸６との一般的なｙパッキンなどによるシーリング構造や係合片６３の密封取着などもも容易に採用し得て、回転軸３２と従動軸６を二重輪状に並設した軸受構造を必要としないため、ロングノーズ化した細筒形状に形成でき、ガス等の流体が導入された流路内に挿入できるようにするなど、フロントケーシング１１２単体による製作の自由度を高めることができる。
しかも、従動軸６は、カム部５が回転するカム面５３の全幅を走行案内面として、カム面５３上を係合片６３に対して均等に面接させながら係合（摺接、転動）案内され、係合負荷や軸芯ズレを生じることなく、直角度を維持した最適な係合案内関係が確保された状態で、係合片６３を片持ち配置させても常に安定した推力をもって案内従動させることができ、従動軸６に大きな推力を要するワーク体への連動連結や、従動軸６を高速回転させるなどの大型化を伴う高精度の軸受構造を必要とするカム装置であっても、従動軸６の軸芯ブレや回転振動などの発生が回避された最適なものとして提供することができる。

また、カム部５は、そのカム溝５３１が太径の従動軸６の外周面に直接的に形成されているので、カム面５３の起伏が緩やかなスロープ状である場合、例えば起伏幅が５ｍｍ程度の小さなストロークによる往復従動の場合には、特に、太径のリング状カム筒部材を従動軸６に別途挿着する必要をなくし、カム溝５３１の外径を大きくすることなく形成することができ、カム手段１ｂのコンパクト化を図ることができるだけでなく、上述のガス等の流体が導入された流路内に挿入できるよう、ロングノーズ化した細筒形状への形成をより容易化できる。

また、係合片６３は、その先端にカム溝５３１に係合して、カム面５３上を転動するローラ６３ａを備え、フロントケーシング１１２に穿設した取付け孔に挿入されて取着されているので、係合片６３を片持ち配置させた際にサイドロードによる負荷が加わっても、カム部５が、ローラ６３ａの転動面に対しカム面５３の全幅を走行案内面として、カム面５３上を均等に面接させながら転動（係合、摺接）負荷や軸芯ズレを生じることなくガイドされ、常に安定した推力をもって案内従動することができるばかりか、カム面５３への係合（摺接、転動）による滑り抵抗を軽減することができる。

従動軸６に、カム溝５３１が形成されたカム部５を設け、フロントケーシング１１２の内周面側に突設された係合片６３をカム溝５３１に係合させて、従動軸６を、カム溝５３１に沿って進退移動可能に従動するものでありながら、回転軸３２と従動軸６とが一本の軸体として形成され、それぞれを２点間で分担支持する軸受構造とでき、回転子３は、従動軸６に同期従動して移動ストローク域Ｓを回転しつつ進退移動するので、その両端側にストッパを配設することなく一方向回転のみの連続往復駆動が行え、部品点数の削減や各部材の組付け構成が簡素化されて製作の容易化と構造の簡略化が図られ、従動軸６を高精度の軸受構造を必要とするワーク体に連動連結されるモータ出力軸として利用することができる。

１ カム駆動アクチュエータ
１ａ モータ駆動手段
１ｂ カム手段
１１ ケーシング本体
１１１ エンドケーシング
１１２ フロントケーシング
２ ステータ
２２ 励磁コイル
３ 回転子
３１ 永久磁石
３２ 回転軸
４ 軸受部材
４ａ 軸受部材
４ｂ 軸受部材
５ カム部
５３ カム面
５３ａ 上カム面
５３ｂ 下カム面
５３１ 溝カム
６ 従動軸
６３ 係合片
６３ａ ローラ
Ｓ 移動ストローク域

Claims (3)

1. ケーシング本体内に、励磁コイルが設けられたステータと、該ステータの内側に前記コイルの励磁によって回動可能に配設された回転子と、該回転子の中心に固定された回転軸とを備えたモータ駆動手段と、
   該モータ駆動手段の回動に連動して回転可能に設けられた従動軸に、所定のカム溝が形成されたカム部を設け、フロントケーシングの内周面側に突設された係合片を前記カム溝に係合させて、従動軸を、前記カム溝の起伏に沿って従動せしめて進退移動すべく構成されたカム手段とからなるカム駆動アクチュエータであって、
   前記従動軸は、前記回転子に固定された回転軸をフロントケーシング側に延出させたモータ駆動手段の従動軸として機能すべく、回転軸と一体形成し、かつ、回転軸よりも太径に形成する一方、
   前記一体となった回転軸と従動軸とを、それぞれエンドケーシングとフロントケーシングの基端側に配設した軸受部材の二点間で回転自在かつ軸方向移動自在に分担支持して軸受することで、従動軸の軸受部材を回転軸の軸受部材と兼用可能に構成すると共に、
   前記ステータを、前記回転子の幅よりも広幅に設定して、ケーシング本体内に回転子の移動ストローク域を設け、
   前記回転子を、該回転子の回動と一体回転しつつ進退移動する従動軸のカム駆動に同期従動させることで、前記移動ストローク域を前記カム溝の起伏に沿って回転しつつ進退移動が行われるよう構成せしめ、
   さらに、前記係合片は、前記カム溝が前記従動軸の軸受部材内に入り込まない位置となるフロントケーシングの前面部外周面に穿設せしめた取付け孔に対して、当該フロントケーシングをケーシング本体に組付けした後に挿入取着可能に構成されていることを特徴とするカム駆動アクチュエータ。
2. 請求項１において、前記カム部は、そのカム溝が前記従動軸の外周面に直接的に刻設して形成されていることを特徴とするカム駆動アクチュエータ。
3. 請求項１または２において、前記係合片は、その先端に前記カム溝に係合して、カム面上を転動するローラを備えることを特徴とするカム駆動アクチュエータ。